EP4094281A1 - Trennvorrichtung und schutzgasisolierte mittelspannungs-leistungsschaltanlage - Google Patents

Trennvorrichtung und schutzgasisolierte mittelspannungs-leistungsschaltanlage

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Publication number
EP4094281A1
EP4094281A1 EP21708144.7A EP21708144A EP4094281A1 EP 4094281 A1 EP4094281 A1 EP 4094281A1 EP 21708144 A EP21708144 A EP 21708144A EP 4094281 A1 EP4094281 A1 EP 4094281A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
separating device
voltage power
housing
power switchgear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21708144.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kern
Torben-Roland Buß
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4094281A1 publication Critical patent/EP4094281A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/62—Heating or cooling of contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements

Definitions

  • the invention relates to a disconnector according to the preamble of claim 1 and a medium-voltage power switchgear insulated with protective gas according to claim 11.
  • Inert gas-insulated medium-voltage power switchgear for example, can be found in the product brochure "Circuit-breaker fixed-mounted systems, type 8DA and 8DB up to 40.5 kV, gas-insulated", catalog HA 35.112006, Siemens AG, order no .: E50001-K1435-A101-A9, Examples of switchgears which have a separate switchgear for each phase of medium voltage are shown on pages 14 to 18. Each switchgear is arranged in a fluid-tight housing and electrically insulated with the inert gas sulfur hexafluoride.
  • a vacuum interrupter is provided as the circuit breaker. In series with this is a three-position disconnector with the switching positions off, on and earth. In the ON switch position, the disconnector electrically connects the vacuum interrupter to a busbar.
  • the switch position on is shown in the second picture from the top.
  • the isolating switch has several contacts which are designed as contact fingers arranged in pairs, a gap being formed between the pairs of contact fingers for receiving a mating contact connected to the busbar.
  • Four pairs of contact fingers are provided so that eight contact points are formed between the contact fingers and the mating contact in accordance with the high currents to be switched.
  • the contact fingers are arranged in a cage or box as a holding device from which the contact fingers protrude.
  • a first spring device is provided, which the contact pressing the clock finger against the mating contact to form a good electrically conductive connection.
  • Gas-insulated medium-voltage switchgear with current-carrying components like any electrical device, must be cooled in order to dissipate the power loss generated by the resistor. This is essentially done by transferring the lost heat into the protective gas, i.e. by means of convection. The heat is given off to the environment via the metal housing of the switchgear. High currents and resistances lead to high power dissipation, which increases the temperature inside the switchgear. There are normative limit values to be observed at contact points. This limits the level of the possible currents so that safe operation of the metal-encapsulated, gas-insulated switchgear is ensured.
  • non-current-carrying de components In addition to heat dissipation through the interior atmosphere of the encapsulation by convection, non-current-carrying de components also serve to dissipate heat by conduction in order to transfer the heat to the available border areas to the housing parts, which ultimately dissipate them to the environment.
  • the temperature limits for the corresponding interfaces and connection variants are specified in normative terms and may not be exceeded, for example in accordance with the IEC 62271-1, Edition 20.02017-7 standard.
  • IEC 62271-1 provides for the contact fingers on pages 64 and 65, for example, that the contacts when using low-temperature hexafluoride as EMERGENCY OXIDIZING GAS (NOG, see "Point 5" on page 67) and an ambient temperature If the contacts are made of pure copper or are provided with a silver or nickel coating, the ambient temperature must be taken into account, because heat is always transported depends on a temperature difference inside the housing to the environment.
  • Other standards such as the IEEE standard C37.100.1-2018, page 28, which is valid in the USA, even only stipulate a maximum temperature of 105 ° C for the same conditions.
  • the so-called GBT standard valid in China also provides for 105 ° C.
  • moving assemblies such as fans are usually not provided inside the housing, because further moving parts inside generally require a higher susceptibility to errors and thus possibly shorter lifetimes and shorter maintenance intervals. For this reason, operators of medium-voltage switchgear reject such constructions.
  • the object of the invention is based on known separating devices to provide a separating device that provides a comparatively high heat dissipation to the environment and at the same time is inexpensive to manufacture.
  • the invention solves this problem with a separating device according to claim 1.
  • the disconnector is preferably designed for use in a medium-voltage power switchgear.
  • the so-called primary distribution level for medium voltage usually has voltages between 12 kV and 40.5 kV, which makes vacuum switching technology necessary in such systems, for example.
  • So-called contact fingers arranged in pairs can be provided as contacts, for example. Depending on the level of the currents to be switched, up to five or more contact finger pairs can be used between a single contact finger.
  • the first spring device can, for example, have a spiral spring or a plate spring.
  • a leaf spring can also be used to advantage.
  • the spring device pushes or pulls the contact and mating contact in the ON position together to ensure good electrical conductivity.
  • One spring device can preferably be used per contact or contact finger. Alternatively, a single spring can also be selected for all contacts.
  • the holding device positions the contacts within the housing and is, for example, rotatably mounted in order to be able to assume the various switching positions.
  • the first spring device and / or the holding device are preferably formed from a non-magnetic material in order to avoid additional heating and disruptive effects from magnetic fields and induced currents. Steel and iron are usually ruled out, while copper or aluminum or brass also because of this. are suitable for their comparatively low cost.
  • the holding device can be designed, for example, as a box or cage which engages around the contacts or contact fingers and is resiliently supported.
  • the heat conduction device with the second spring device makes it possible, through conduction of heat at the contact points between the contacts and the mating contact, to dissipate heat loss in an improved manner to the holding device. This he increases the available surface for heat radiation considerably.
  • the heat-conducting device is designed to produce a pressing force between the holding device and the contact by means of a second spring device. This is an advantage because in this way a connection with high thermal conductivity is ensured.
  • the second spring device is preferably formed from a non-magnetic material in order to avoid additional heating and disruptive effects from magnetic fields and induced currents. Steel and iron are therefore usually ruled out, while copper or aluminum or brass also due to their comparatively low cost are suitable.
  • the second Federeinrich device can, for example, have a spiral spring or a plate spring. A leaf spring can also be used with advantage.
  • the heat conduction device is arranged on the holding device.
  • the heat conduction device is arranged on the contact.
  • the contact can be designed as a contact finger essentially as a flat, cuboid workpiece made of Me tall.
  • Contact can be at its longest Side have a recess for receiving the heat conduction device with the second spring device, so that the heat conduction device does not unnecessarily increase the space required for the contact in the separating device.
  • the heat conduction device is pressed out of the recess only to bridge a small gap over the contour of the contact.
  • the gap is smaller than 10 mm, preferably smaller than 5 mm.
  • the heat conduction device has a metallic contact material. Because of its high thermal conductivity, it is advantageous to use copper, at least in part, for the thermal conduction device. Copper has the further advantage that it can be attached particularly inexpensively by ultrasonic welding. Alternatively, at least a proportion of aluminum or brass can be used.
  • the metallic contact material has several stranded conductors.
  • Stranded conductors have the advantage that they are flexible and can accordingly easily be bent and pressed on by the second spring device.
  • the stranded conductors can preferably be combined to form a stranded bundle, e.g. by twisting.
  • the strands in the bundle can be essentially parallel and provided with a closure cap or welded at their free end.
  • the metallic contact material is at least partially formed from copper. Because of its high thermal conductivity, copper is advantageously used, at least in part, for the heat conduction device. Copper has the further advantage that it can be attached particularly inexpensively by ultrasonic welding.
  • the heat-conducting device essentially has a non-magnetic material. In this way, additional heating and disruptive effects from magnetic fields and induced currents can be avoided. Steel and iron are therefore usually ruled out, while copper or aluminum or brass are non-magnetic and especially due to the fact that they are not magnetic. their comparatively low cost are suitable.
  • a plurality of contacts are designed as contact fingers arranged in pairs, with a gap for receiving the mating contact being formed between the pairs of contact fingers.
  • the separating device is designed as a three-position separating device with the switching positions EARTH, OFF and ON, the at least one contact being pressed onto the counter contact in the switching position ON.
  • the object of the invention is based on known medium-voltage protective gas insulated
  • Power switchgear to specify a switchgear that allows a comparatively high heat dissipation to the environment and at the same time is inexpensive to manufacture.
  • the invention solves this problem by means of an inert gas-insulated medium-voltage power switchgear according to claim 11.
  • the vacuum switching arrangement includes, for example, a vacuum interrupter in order to quickly quench the arc when it is disconnected.
  • the medium-voltage power switchgear has a fluid-tight housing that is used for filling with a sulfur-containing xafluoride-free electrically insulating protective gas is as isaded det.
  • a sulfur-containing xafluoride-free electrically insulating protective gas is as well-called “clean air”, i.e. essentially moisture-free compressed air, or a mixture of essentially nitrogen and carbon dioxide, can be used.
  • cleaning air i.e. essentially moisture-free compressed air, or a mixture of essentially nitrogen and carbon dioxide
  • the solution according to the invention can therefore be used to advantage in order to facilitate the removal of heat from the contacts to the housing
  • the process of heat conduction takes place independently of the insulating gas used and the gas pressure set.
  • the switchgear can therefore be designed more cost-effectively and high currents can be transmitted at the same time.
  • the separating device is spaced apart from the housing by an electrically non-conductive and non-magnetic holding means.
  • the holding means can for example comprise a plastic or a ceramic or a casting resin.
  • the holding means is designed for heat transport from the Garvor device to the housing. On the one hand this is made possible by conduction of heat to the outside, on the other hand an additional possibility is created to transfer heat to the protective gas inside via the surface of the holding means by convection.
  • the holding means preferably has a thermal conductivity of at least 2.5 W / (m * K). A thermal conductivity of more than 3.5W / (m * K) is particularly advantageous.
  • the holding means is rotatably attached to the housing and can be moved by means of a drive device arranged outside the housing in order to set the switching positions EARTH, OFF and ON of the isolating device.
  • a drive device arranged outside the housing in order to set the switching positions EARTH, OFF and ON of the isolating device.
  • Figure 1 shows a known 3-position disconnector of a gas-insulated medium-voltage power switchgear
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a separating device according to the invention
  • FIG. 3 shows a second view of the separating device according to FIG. 2,
  • FIG. 4 components of a dismantled separating device according to FIG. 2,
  • Figure 5 shows a first embodiment of a соgleitvor direction
  • Figure 6 is a second schematic view of the cabinleitvor direction according to Figure 5.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of a hospiceleitvor direction
  • FIG. 8 shows a second exemplary embodiment of a separating device according to the invention.
  • Figure 1 shows extracts of a known medium-voltage power switchgear insulated with protective gas with a fluid-tight metal housing 1 made, for example, of cast aluminum (AlsilOMg), which is designed to be filled with an electrically insulating protective gas.
  • a busbar 2 is connected to a Schmidtkon clock 7, which is essentially designed as a flat Schmie deteil.
  • the separating device 3 has a holding device 5 with 4 pairs of contacts, which are designed as so-called separating fingers or contact fingers 6. Shown is the switched-on state in which the contacts 6 touch the mating contact 7 and provides a current path via a joint 3 and a Lei ter 8 to the vacuum circuit breaker (not shown) be.
  • a ground contact 4 is used to ground the Trennvor direction or the vacuum circuit breaker.
  • the Haltvor device 5 with the contacts 6 can be moved in a semicircular arc from the illustrated switching position ON via OFF (holding device 5 perpendicular and in an axis with conductor 8) to ground contact 4 for the switching position EARTH.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show two views of a separating device 6, 9, 10-16 according to the invention, which is spaced apart from the housing 1 by an electrically non-conductive and non-magnetic holding means 9.
  • the holding means 9 is formed out for a heat transport from the holding device to the housing. At the same time it provides a large surface Heat dissipation by convection to the surrounding protective gas ready.
  • the holding means 9 is rotatably attached to the housing. It is movable by means of a drive device 14 arranged outside the housing in order to set the switching positions EARTH, OFF and ON of the separating device. There is also a sliding bearing with high thermal conductivity provided as a contact transfer point to the housing.
  • the holding means 9 has essentially the shape of a shoe; it tapers towards the slide bearing or towards the drive device 14.
  • the sole 15 is shaped in order to serve as a fastening for a box-shaped holding device 11, 12, 13, 14 for the eight contacts 6, which are designed as contact fingers with contact points 10 for the mating contact.
  • Each pair of contact fingers 6 is spaced apart by a gap which is bridged by two first spring devices 13, 14, which are designed as spiral springs. If the Haltemit tel 9 rotated, the holding device 11 rotates with and pushes the contact fingers 6 at their contact points 10 onto a mating contact.
  • the holding device 11 is essentially box-shaped and has two webs 12 at the end facing away from the contact points 10; it is made of cast aluminum (AlsilOMg).
  • FIG. 4 shows components of a disassembled separating device, in particular contacts 6 with the first spring devices 13, 16 and contact points 10.
  • Fastening plates 21, 26 serve to attach the contacts 6 in the holding device 11 which connects the holding device 11 and the contacts in the assembled state.
  • FIG. 5 shows a first embodiment of a dressingleitvor device 22, which has a first flat area 26, a bundle of litz wires made of copper 23 and a terminating terminal 24 on.
  • the end clamp 24 brings the individual strands of the strand bundle back together.
  • FIGS. 6 and 7 show a schematic detailed view of the embodiment according to FIG. 5.
  • the contact finger 22 has a contact area 10 and a recess 33 on the longest edge of the essentially cuboid contact 22.
  • a non-magnetic, metallic spring plate - preferably a copper spring plate 25 - is arranged as a second spring device for clamping the copper braided strip 22 against the inside of the cage or box of the holding device.
  • Kup ferlitzenband have a high thermal conductivity of approx. 370 W / (m * K). They are preferably arranged by the very inexpensive ultrasonic welding at the attachment point 32 is. Alternatively, the more expensive method of electron beam welding can also be used.
  • the stranded strips 22 could be screwed to the holding device 11, but this is a This means higher assembly costs, because typically up to 10 stranded straps have to be screwed together manually.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of the separating device, in which the heat-conducting device is firmly connected to the inside of the holding device by means of stranded copper tape 22 and spring plate 25.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Trennvorrichtung mit mindestens einem Kontakt (6), der zur Ausbildung einer Andruckkraft an einen Gegenkontakt (7) eine erste Federeinrichtung (13,16) aufweist, und mit einer Haltevorrichtung (11,12) für den Kontakt (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitvorrichtung (22,23,24,25,31,32,35) ausgebildet ist, die Haltevorrichtung (11,12) und den Kontakt (6) aneinander zu pressen. Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine schutzgasisolierten Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage mit der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung.

Description

Beschreibung
Trennschalter und schutzgasisolierte Mittelspannungs- LeistungsSchaltanlage
Die Erfindung betrifft einen Trennschalter nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 sowie eine schutzgasisolierte Mit- telspannungs-Leistungsschaltanlage nach Anspruch 11.
Schutzgasisolierte Mitteispannungs-LeistungsSchaltanlagen sind beispielsweise aus der Produktbroschüre „Leistungsschal- ter-Festeinbauanlagen, Typ 8DA und 8DB bis 40,5 kV, gasiso liert", Katalog HA 35.112006, Siemens AG, Bestell-Nr.: E50001-K1435-A101-A9, bekannt. Auf den Seiten 14 bis 18 sind Beispiele für Schaltanlagen dargestellt, die für jede Phase der Mittelspannung eine separate Schaltanlage aufweisen. Jede Schaltanlage ist in einem fluiddichten Gehäuse angeordnet und mit dem Schutzgas Schwefelhexafluorid elektrisch isoliert.
Als Leistungsschalter ist eine Vakuumschaltröhre vorgesehen. In Reihe dazu ist ein Dreistellungs-Trennschalter mit den Schaltpositionen Aus, Ein und Erde geschaltet. In der Schalt position Ein verbindet der Trennschalter die Vakuumschaltröh re elektrisch mit einer Sammelschiene.
Auf Seite 18 der Broschüre ist im zweiten Bild von oben ist die Schaltposition Ein abgebildet. Dabei weist der Trenn schalter mehrere Kontakte auf, die als paarweise angeordnete Kontaktfinger ausgebildet sind, wobei zwischen den Paaren von Kontaktfingern ein Spalt zur Aufnahme eines mit der Sammel schiene verbundenen Gegenkontakts ausgebildet ist. Es sind vier Paare von Kontaktfingern vorgesehen, so dass entspre chend der hohen zu schaltenden Ströme acht Kontaktpunkte zwi schen den Kontaktfingern und dem Gegenkontakt ausgebildet werden. Die Kontaktfinger sind in einem Käfig bzw. Kasten als Haltevorrichtung angeordnet, aus dem die Kontaktfinger her ausragen. Zur Ausbildung einer Andruckkraft an den Gegenkon takt ist eine erste Federeinrichtung vorgesehen, die die Kon- taktfinger an den Gegenkontakt zur Ausbildung einer elektrisch gut leitenden Verbindung anpresst.
Gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen mit stromführenden Bauteilen müssen, wie jedes elektrische Gerät, gekühlt wer den, um die durch den Widerstand erzeugte Verlustleistung ab zuführen. Dies erfolgt im Wesentlichen durch Überführung der Verlustwärme in das Schutzgas, also mittels Konvektion. Die Wärme wird über das metallische Gehäuse der Schaltanlage an die Umgebung abgegeben. Hohe Ströme und Widerstände führen zu hoher Verlustleistung, was die Temperatur innerhalb der Schaltanlage erhöht. An Kontaktstellen gibt es hierbei norma tive Grenzwerte einzuhalten. Dies begrenzt die Höhe der mög lichen Ströme, damit ein sicherer Betrieb der metallisch ge kapselten, gasisolierten Schaltanlage sichergestellt ist. Ne ben der Wärmeabfuhr durch die innen befindliche Atmosphäre der Kapselung durch Konvektion dienen auch nicht stromführen de Bauteile der Wärmeabfuhr durch Konduktion, um die Wärme an verfügbaren Grenzbereichen zu den Gehäuseteilen zu übergeben, welche diese schließlich an die Umgebung abführen. Normativ sind die Temperaturgrenzbereiche für entsprechende Schnitt stellen und Verbindungsvarianten festgelegt und dürfen z.B. nach der Norm IEC 62271-1, Edition 20.02017-7, nicht über schritten werden.
Am Kontaktübergangspunkt der beweglichen Kontaktfinger zum Festkontakt kommt es durch die Strompfadverengung zu hohen Kontaktwiderständen. Diese bewirken mit dem hohen Strom eine hohe Verlustleistung und erzeugen hohe Temperaturen an den Kontaktfingern und dem Festkontakt. Die o.g. Norm IEC 62271-1 sieht beispielsweise für die Kontaktfinger auf den Seiten 64 und 65 vor, dass die Kontakte bei Einsatz von Schwelhexafluo- rid als NOT-OXIDIZING-GAS (NOG, siehe „Point 5" auf Seite 67) und einer Umgebungstemperatur von maximal 40°C eine Höchst temperatur von 115°C erreichen dürfen, wenn die Kontakte aus reinem Kupfer bestehen oder auch mit Silber- oder Nickelbe schichtung versehen werden. Die Umgebungstemperatur muss hierbei berücksichtigt werden, weil ein Wärmetransport stets von einer Temperaturdifferenz im Gehäuseinneren zur Umgebung abhängt. Andere Normen wie der in den USA gültige IEEE Stan dard C37.100.1-2018, Seite 28, sieht für die gleichen Bedin gungen sogar nur eine Höchsttemperatur von 105°C vor. Die entsprechende in China gültige sogenannte GBT-Norm sieht ebenfalls 105°C vor.
Bisher wurden Maßnahmen zur Kühlung von besonders erhitzten Bauteilen durch Vergrößerung der Kühlflächen mittels zusätz lich montierten Kühlkörpern innerhalb der Anlagenkapselung realisiert. Es werden Materialien mit besonders guten Wärme- leiteigenschaften wie Aluminium oder Kupfer für die Kühlkör per eingesetzt. Die Wärme wird durch reine Konvektion und Wärmestrahlung an die Gehäuseteile abgegeben. Alternativ wird der Widerstand der Hauptstrombahn gesenkt und somit die ent stehende Verlustleistung reduziert, was höhere Ströme ermög lich. Dies bedeutet jedoch meist eine Querschnittserhöhung im leitenden Hauptstrompfad, was bei einem vorgegebenen Bauraum nur sehr begrenzt möglich ist. Bei besonders hohen Strömen, wie z.B. einem gemäß o.g. Norm IEC 62271-1 zu prüfendem Strom von 3150A, kommt es im Inneren der Schaltanlagenkapselung zu hohen Temperaturen und eine aktive Kühlung des Gehäuses der Schaltanlage durch externe Ventilatoren könnte zur Einhaltung der vorgeschriebenen Temperaturgrenzen der Kontakte und ande rer Bauteile notwendig sein.
Dagegen werden bewegliche Baugruppen wie Ventilatoren im In neren des Gehäuses i.d.R. nicht vorgesehen, weil da weitere bewegliche Teile im Inneren grundsätzlich eine höhere Fehler anfälligkeit und damit ggf. geringere Lebensdauern und kürze re Wartungsintervalle erfordern. Aus diesem Grund lehnen Be treiber von Mittelspannungsschaltanlagen solche Konstruktio nen ab.
An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ausgehend von be kannten Trennvorrichtungen eine Trennvorrichtung anzugeben, die eine vergleichsweise hohe Wärmeabgabe an die Umgebung ge stattet und gleichzeitig kostengünstig zu fertigen ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Trennvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Bevorzugt ist der Trennschalter für den Einsatz in einer Mit- telspannungs-Leistungsschaltanlage ausgebildet. Die sogenann te primäre Verteilebene für Mittelspannung weist dabei i.d.R. Spannungen zwischen 12 kV und 40,5 kV auf, was in solchen An lagen z.B. eine Vakuumschalttechnik erforderlich macht. Hinzu kommen Trennschalter, die eine sichere galvanische Trennung gewährleisten .
Als Kontakte können beispielsweise paarweise angeordnete so genannte Kontaktfinger vorgesehen sein. Je nach Höhe der er wartbar zu schaltenden Ströme kann zwischen einem einzigen Kontaktfinger bis hin zu fünf oder mehr Kontaktfingerpaaren eingesetzt werden.
Die erste Federeinrichtung kann beispielsweise eine Spiralfe der oder eine Tellerfeder aufweisen. Auch eine Blattfeder kann mit Vorteil eingesetzt werden. Die Federeinrichtung drückt oder zieht Kontakt und Gegenkontakt in der Schaltstel lung EIN zusammen, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. Es kann dabei bevorzugt eine Federeinrichtung pro Kontakt bzw. Kontaktfinger eingesetzt werden. Alternativ kann auch eine einzige Feder für alle Kontakte gewählt wer den.
Die Haltevorrichtung positioniert die Kontakte innerhalb des Gehäuses und ist z.B. drehbar angebracht, um die verschiede nen Schaltpositionen einnehmen zu können.
Die erste Federeinrichtung und/oder die Haltevorrichtung sind bevorzugt aus einem nicht-magnetischen Material gebildet, um zusätzliche Erwärmung und Störeffekte durch Magnetfelder und induzierte Ströme zu vermeiden. Stahl und Eisen scheiden da mit i.d.R. aus, während Kupfer oder Aluminium oder Messing auch wg. ihrer vergleichsweise geringen Kosten geeignet sind. Die Haltevorrichtung kann beispielsweise als ein Kasten oder Käfig ausgebildet sein, der die Kontakte bzw. Kontaktfinger umgreift und federnd lagert.
Die Wärmeleitvorrichtung mit der zweiten Federeinrichtung er möglicht es, durch Wärmeleitung an den Kontaktpunkten zwi schen den Kontakten und dem Gegenkontakt entstehende Verlust wärme verbessert an die Haltevorrichtung abzuleiten. Dies er höht zur Verfügung stehende Oberfläche zur Wärmeabstrahlung erheblich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist die Wärmeleitvorrichtung ausgebildet, mittels einer zweiten Federeinrichtung eine Andruckkraft zwi schen der Haltevorrichtung und dem Kontakt herzustellen. Dies ist ein Vorteil, weil auf diese Weise eine Verbindung mit ho her Wärmeleitfähigkeit sichergestellt wird.
Die zweite Federeinrichtung ist bevorzugt aus einem nicht magnetischen Material gebildet, um zusätzliche Erwärmung und Störeffekte durch Magnetfelder und induzierte Ströme zu ver meiden. Stahl und Eisen scheiden damit i.d.R. aus, während Kupfer oder Aluminium oder Messing auch wg. ihrer vergleichs weise geringen Kosten geeignet sind. Die zweite Federeinrich tung kann beispielsweise eine Spiralfeder oder eine Tellerfe der aufweisen. Auch eine Blattfeder kann mit Vorteil einge setzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist die Wärmeleitvorrichtung an der Halte vorrichtung angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist die Wärmeleitvorrichtung an dem Kontakt angeordnet. Beispielsweise kann der Kontakt als Kontaktfinger im Wesentlichen als flaches, quaderförmiges Werkstück aus Me tall ausgebildet sein. Der Kontakt kann an seiner längsten Seite eine Ausnehmung zur Aufnahme der Wärmeleitvorrichtung mit der zweiten Federeinrichtung aufweisen, damit die Wärme- leitvorrichtung den benötigten Bauraum für den Kontakt in der Trennvorrichtung nicht unnötig stark erhöht. Die Wärmeleit vorrichtung wird entsprechend nur zur Überbrückung eines kleinen Spalts über die Kontur des Kontakts aus der Ausneh mung herausgepresst. Beispielsweise ist der Spalt kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 5 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung weist die Wärmeleitvorrichtung ein metalli sches Kontaktmaterial auf. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfä higkeit ist mit Vorteil bevorzugt Kupfer, zumindest anteilig, für die Wärmeleitvorrichtung einzusetzen. Kupfer hat den wei teren Vorteil, dass es besonders kostengünstig durch Ultra schallschweißen befestigt werden kann. Alternativ kann zumin dest anteilig Aluminium oder Messing eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung weist das metallische Kontaktmaterial mehre re Litzenleiter auf. Litzenleiter haben den Vorteil, dass sie flexibel sind und entsprechend leicht von der zweiten Feder einrichtung gebogen und angepresst werden können. Bevorzugt können die Litzenleiter zu einem Litzenbündel zusammengefasst sein, z.B. durch Verdrehen. Alternativ können die Litzen im Bündel im Wesentlichen parallel vorliegen und an Ihrem freien Ende mit einer Verschlusskappe versehen oder verschweißt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist das metallische Kontaktmaterial zumin dest teilweise aus Kupfer gebildet. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ist mit Vorteil bevorzugt Kupfer, zumin dest anteilig, für die Wärmeleitvorrichtung einzusetzen. Kup fer hat den weiteren Vorteil, dass es besonders kostengünstig durch Ultraschallschweißen befestigt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung weist die Wärmeleitvorrichtung im Wesentli chen ein nicht-magnetisches Material auf. Hierdurch können eine zusätzliche Erwärmung und Störeffekte durch Magnetfelder und induzierte Ströme vermieden werden. Stahl und Eisen scheiden damit i.d.R. aus, während Kupfer oder Aluminium oder Messing nicht-magnetisch und besonders wg. ihrer vergleichs weise geringen Kosten geeignet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung sind mehrere Kontakte als paarweise angeord nete Kontaktfinger ausgebildet, wobei zwischen den Paaren von Kontaktfingern ein Spalt zur Aufnahme des Gegenkontakts aus gebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist die Trennvorrichtung als Dreistellungs- Trennvorrichtung mit den Schaltpositionen ERDE, AUS und EIN ausgebildet, wobei bei der Schaltposition EIN der mindestens eine Kontakt auf den Gegenkontakt gedrückt ist.
An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ausgehend von be kannten schutzgasisolierte Mittelspannungs-
Leistungsschaltanlagen eine Schaltanlage anzugeben, die eine vergleichsweise hohe Wärmeabgabe an die Umgebung gestattet und gleichzeitig kostengünstig zu fertigen ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine schutzgasisolier te Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage gemäß Anspruch 11.
Die Vakuumschaltanordnung umfasst beispielsweise eine Vakuum schaltröhre, um beim Trennen rasch eine Lichtbogenlöschung zu erreichen .
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen schützgasisolierten Mittelspannungs-LeistungsSchaltanlage weist die Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage ein fluid dichtes Gehäuse auf, das zur Befüllung mit einem Schwefelhe- xafluorid-freien elektrisch isolierenden Schutzgas ausgebil det ist. Beispielsweise kann sogenannte „Clean Air", also im Wesentlichen Feuchtigkeitsfreie Druckluft, oder ein Gemisch aus im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenstoffdioxid, einge setzt werden. Dies ist ein Vorteil, weil der Ersatz des kli maschädlichen Schwefelhexafluoridgases i.d.R. eine geringere elektrische Isolationsfähigkeit bedingt. Auch die Energieauf nahme und Energieabgabe ist oft vergleichsweise geringer. So mit kann mit Vorteil die erfindungsgemäße Lösung eingesetzt werden, um den Abtransport von Wärme von den Kontakten zum Gehäuse zu erleichtern. Durch den Einsatz der Wärmeleitvor richtung ist die Anlage befähigt, durch Wärmeleitung die Ver lustleistung an das kühlere Gehäuse sehr effizient abzugeben. Der Vorgang der Wärmeleitung findet unabhängig vom genutzten Isoliergas und eingestellten Gasdruck statt. Die Schaltanla gen können daher kosteneffizienter gestaltet und gleichzeitig können hohe Ströme übertragen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen schutzgasisolierten Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage ist die Trennvorrichtung mit einem elektrisch nicht-leitenden und nicht-magnetischen Haltemittel von dem Gehäuse beabstandet. Dies ist ein Vorteil, weil eine elektrische Isolierung des Strompfades vom Gehäuse sichergestellt wird. Das Haltemittel kann beispielsweise einen Kunststoff oder eine Keramik oder ein Gießharz aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen schutzgasisolierten Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage ist das Haltemittel für einem Wärmetransport von der Haltevor richtung an das Gehäuse ausgebildet. Einerseits wird hier durch eine Wärmeleitung nach außen ermöglicht, andererseits wird eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen, Wärme über die Oberfläche des Haltemittels per Konvektion an das Schutzgas im Inneren abzugeben. Bevorzugt weist das Haltemittel eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 2,5 W/(m*K) auf. Besonders vorteilhaft ist eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 3,5W/ (m*K). In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen schutzgasisolierten Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage ist das Haltemittel drehbar an dem Gehäuse angebracht und mittels einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Antriebsvorrichtung bewegbar, um die Schaltpositionen ERDE, AUS und EIN der Trennvorrichtung einzustellen. Dies ist von Vorteil, weil diese Bauform einfach und lange erprobt ist. Es kann bei spielsweise ein Motor für eine automatische Ansteuerung der Trennvorrichtung und/oder eine Handkurbel für manuellen Be trieb vorgesehen sein.
Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigen in schemati scher Darstellung die
Figur 1 einen bekannten 3-Stellungstrennschalter einer schützgasisolierte Mittelspannungs- Leistungsschaltanlage, und
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ßen Trennvorrichtung, und
Figur 3 eine zweite Ansicht der Trennvorrichtung gemäß Figur 2, und
Figur 4 Bestandteile einer demontierte Trennvorrichtung ge mäß Figur 2, und
Figur 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wärmeleitvor richtung, und
Figur 6 eine zweite schematische Ansicht der Wärmeleitvor richtung gemäß Figur 5, und
Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wärmeleitvor richtung, und Figur 8 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Trennvorrichtung.
Für den Fachmann erschließt sich im Rahmen der vorangehenden Beschreibung und der nachfolgenden Darstellung von bevorzug ten Ausführungsbeispielen, dass unterschiedliche Varianten der Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele frei kombi niert werden können, um den erfindungsgemäßen Grundgedanken einer verbesserten Wärmeabfuhr von den Kontakten der Trenn vorrichtung konstruktiv umzusetzen.
Die Figur 1 zeigt auszugsweise eine bekannte schutzgasiso lierte Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage mit einem fluid dichten Metallgehäuse 1 aus z.B. Aluminiumguss (AlsilOMg) ab, das zur Befüllung mit einem elektrisch isolierenden Schutzgas ausgebildet ist. Eine Sammelschiene 2 ist mit einem Gegenkon takt 7 verbunden, der im Wesentlichen als ein flaches Schmie deteil ausgebildet ist.
Die Trennvorrichtung 3 weist eine Haltevorrichtung 5 mit 4 Paaren Kontakten auf, die als sogenannte Trennfinger bzw. Kontaktfinger 6 ausgebildet sind. Dargestellt ist der einge schaltete Zustand, bei dem die Kontakte 6 den Gegenkontakt 7 berühren und einen Strompfad über ein Gelenk 3 und einen Lei ter 8 zum Vakuum-Leistungsschalter (nicht dargestellt) be reitstellt. Ein Erdkontakt 4 dient zum Erden der Trennvor richtung bzw. des Vakuum-Leistungsschalters. Die Haltevor richtung 5 mit den Kontakten 6 kann in einen halbkreisförmi gen Bogen von der dargestellten Schaltposition EIN über AUS (Haltevorrichtung 5 lotrecht und in einer Achse mit Leiter 8) zu Erdkontakt 4 für die Schaltposition ERDE bewegt werden.
Figur 2 und Figur 3 zeigen zwei Ansichten einer erfindungsge mäßen Trennvorrichtung 6,9,10-16, die mit einem elektrisch nicht-leitenden und nicht-magnetischen Haltemittel 9 von dem Gehäuse 1 beabstandet ist. Das Haltemittel 9 ist für einem Wärmetransport von der Haltevorrichtung an das Gehäuse ausge bildet ist. Gleichzeitig stellt es eine große Oberfläche zur Wärmeabgabe per Konvektion an das umgebende Schutzgas bereit. Das Haltemittel 9 ist drehbar an dem Gehäuse angebracht. Es ist mittels einer außerhalb des Gehäuses angeordneten An triebsvorrichtung 14 bewegbar, um die Schaltpositionen ERDE, AUS und EIN der Trennvorrichtung einzustellen. Es ist zusätz lich ein Gleitlager mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Kontakt übergabepunkt zum Gehäuse vorgesehen.
Das Haltemittel 9 weist im Wesentlichen eine Schuhform auf; es verjüngt sich zum Gleitlager bzw. zur Antriebsvorrichtung 14 hin. Die Sohle 15 ist ausgeformt, um als Befestigung für eine kastenförmige Haltevorrichtung 11,12,13,14 für die acht Kontakte 6, die als Kontaktfinger mit Kontaktpunkten 10 für den Gegenkontakt ausgebildet sind, zu dienen. Jedes Paar von Kontaktfingern 6 ist durch einen Spalt beabstandet, der durch jeweils zwei erste Federeinrichtungen 13,14, die als Spiral federn ausgebildet sind, überbrückt wird. Wird das Haltemit tel 9 gedreht, so dreht sich die Haltevorrichtung 11 mit und schiebt die Kontaktfinger 6 an ihren Kontaktpunkten 10 auf einen Gegenkontakt. Die Haltevorrichtung 11 ist im Wesentli chen Kastenförmig ausgebildet und weist an dem den Kontakt punkten 10 abgewandten Ende zwei Stege 12 auf; sie besteht aus Aluminiumguss (AlsilOMg).
Figur 4 zeigt Bauteile einer zerlegten Trennvorrichtung, ins besondere Kontakte 6 mit den ersten Federeinrichtungen 13,16 und Kontaktpunkten 10. Befestigungsplatten 21,26 dienen zur Anbringung der Kontakte 6 in der Haltevorrichtung 11. Zur Wärmeabgabe per Konduktion weisen die Kontakte 6 jeweils eine Wärmeleitvorrichtung 22 auf, die im montierten Zustand die Haltevorrichtung 11 und die Kontakte verbindet.
Figur 5 zeigt eine erste Ausführungsform einer Wärmeleitvor richtung 22, die einen ersten flachen Bereich 26, ein Bündel Litzendrähte aus Kupfer 23 und eine Abschlussklemme 24 auf weist. Die Abschlussklemme 24 führt die einzelnen Stränge des Litzenbündels wieder zusammen. Figuren 6 und 7 zeigen eine schematische Detailansicht der Ausführungsform gemäß Figur 5. Der Kontaktfinger 22 weist ei nen Kontaktbereich 10 sowie eine Ausnehmung 33 an der längs ten Kante des im Wesentlichen quaderförmigen Kontakts 22 auf. In der Ausnehmung 33 ist als zweite Federeinrichtung ein nicht magnetisches, metallisches Federblech - bevorzugt ein Kupferfederblech 25 - zur Klemmung des Kupferlitzenbandes 22 gegen die Käfig- bzw. Kasteninnenseite der Haltevorrichtung angeordnet. Es werden zur Verbindung von Kupferfederblech 25 und Kontaktfinger 22 Nieten 32 oder Schrauben verwendet. Kup ferlitzenbänder weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit von ca. 370 W/(m*K) auf. Sie werden vorzugsweise durch das sehr kos tengünstige Ultraschallschweißen am Anbringungspunkt 32 ange ordnet. Alternativ kann auch das teurere Verfahren des Elekt ronenstrahlschweißen verwendet werden.
Die direkte Wärmeabfuhr durch Konduktion wird durch die neu eingesetzten Festkörper 22 innerhalb der Trennvorrichtung er möglicht. Durch die große Oberfläche der Haltevorrichtung 11 bzw. des sogenannten Trennerkäfigs wird bereits eine mittlere einstellige Temperaturabsenkung an den Kontaktfingern 6 er reicht. Hinzu kommt die Überführung von Wärme über das Halte mittel 9 an das Gehäuse 1.
Die gleichzeitige Beibehaltung der Isolierung zum Strompfade stellt sicher, dass keine zusätzlichen Komponenten im kriti schen dielektrischen Feldbereich verbaut werden müssen. Der Wärmetransport findet im sogenanntem Feldschatten statt, so- dass keine weiteren konstruktiven Maßnahmen getroffen werden müssen, welche die Abstände zu den Gehäuseinnenseiten vergrö ßern. Diese Variante ist im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit alternativen Kühlkörpern, welche meist außen auf die Ge häuseteile erwärmter Komponenten montiert werden, aufgrund der Komplexität der Montagereihenfolge kostenneutral zu be trachten .
Alternativ zur Flachfeder 25 könnten die Litzenbänder 22 mit der Haltevorrichtung 11 verschraubt werden, was jedoch einen höheren Montageaufwand bedeutet, weil typischerweise bis zu 10 Litzenbänder manuell verschraubt werden müssen.
Anstatt Litzenbändern 23 könnten alternativ per Widerstands- schweißen hergestellte Kupferlamellenbänder (kleine Strombän der) zum Einsatz kommen, welche verschraubt werden.
Figur 8 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Trennvor richtung, bei der die Wärmeleitvorrichtung mit Kupferlitzen- band 22 und Federblech 25 an der Innenseite der Haltevorrich tung fest verbunden ist.

Claims

Patentansprüche
1. Trennvorrichtung mit mindestens einem Kontakt (6), der zur Ausbildung einer An druckkraft an einen Gegenkontakt (7) eine erste Federeinrich tung (13,16) aufweist, und mit einer Haltevorrichtung (11,12) für den Kontakt (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitvorrichtung (22,23,24,25,31,32,35) ausgebildet ist, die Haltevorrichtung (11,12) und den Kontakt (6) anei nander zu pressen.
2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (22,23,24,25,31,32,35) ausge bildet ist, mittels einer zweiten Federeinrichtung (25) eine Andruckkraft zwischen der Haltevorrichtung (11,12) und dem Kontakt (6) herzustellen.
3. Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung
(22,23,24,25,31,32,35) an der Haltevorrichtung (11,12) ange ordnet ist.
4. Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung
(22,23,24,25,31,32,35) an dem Kontakt (6) angeordnet ist.
5. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (22,23,24,25,31,32,35) ein metallisches Kontaktmaterial (23) aufweist .
6. Trennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Kontaktmaterial mehrere Litzenleiter (23) aufweist.
7. Trennvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das metallische Kontaktmaterial (23) zumindest teilweise aus Kupfer gebildet ist.
8. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (22,23,24,25,31,32,35) im Wesentlichen nicht-magnetisches Ma terial aufweist.
9. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontakte (6) als paar weise angeordnete Kontaktfinger ausgebildet sind, wobei zwi schen den Paaren von Kontaktfingern ein Spalt zur Aufnahme des Gegenkontakts (7) ausgebildet ist.
10. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (6,9,10-16) als Dreistellungs-Trennvorrichtung mit den Schaltpositionen ERDE, AUS und EIN ausgebildet ist, wobei bei der Schaltposi tion EIN der mindestens eine Kontakt (6) auf den Gegenkontakt (7) gedrückt ist.
11. Schutzgasisolierte Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage mit einer Vakuum-Schaltanordnung und einer Trennvorrichtung
(6,9,10-16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Schutzgasisolierte Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mit- telspannungs-Leistungsschaltanlage ein fluiddichtes Gehäuse (1) aufweist, das zur Befüllung mit einem Schwefelhexafluo rid-freien elektrisch isolierenden Schutzgas ausgebildet ist.
13. Schutzgasisolierte Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvor richtung (6,9,10-16) mit einem elektrisch nicht-leitenden und nicht-magnetischen Haltemittel (11) von dem Gehäuse (1) beab- standet ist.
14. Schutzgasisolierte Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemit tel (9) für einem Wärmetransport von der Haltevorrichtung (11) an das Gehäuse (1) ausgebildet ist.
15. Schutzgasisolierte Mittelspannungs-Leistungsschaltanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (11) drehbar an dem Gehäuse (1) ange bracht ist und mittels einer außerhalb des Gehäuses (1) ange- ordneten Antriebsvorrichtung (14) bewegbar ist, um die Schaltpositionen ERDE, AUS und EIN der Trennvorrichtung (6,9,10-16) einzustellen.
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